2022年5月19日和5月18日，美國德克薩斯州大學奧斯汀分校余桂華教授團隊分別在Nat. Commun.（IF=14.919）和Angew. Chem. Int. Ed.（IF=15.336）上發表了兩篇最新成果，即“Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments”和“Revealing the Solid-State Electrolyte Interfacial Stability Model with Na-K Liquid Alloy”。下面，對這兩篇成果進行簡要的介紹，以供大家學習和了解！
1. Nat. Commun.：超吸濕性聚合物薄膜在干旱環境中可持續收集水分
提取無處不在的大氣水分是一種可持續的策略，可以分散獲取安全管理的水，但是由于其在低相對濕度（≤30% RH）下的每日水輸出量有限，因此仍然具有挑戰性。基于此，德克薩斯州大學奧斯汀分校余桂華教授（通訊作者）等人報道了一種超吸濕性聚合物薄膜（SHPFs），以從干旱氣候（≤30% RH）中提取水蒸氣，并具有出色的動力學性能。SHPF由地球上豐富的生物質、konjac葡甘聚糖（KGM）和羥丙基纖維素（HPC）作為混合聚合物基質組成，以保持均勻分散的LiCl溶液，在15% RH和30% RH下分別實現了0.64 g g-1和0.96 g g-1的高吸水率。
具體而言，SHPFs具有由KGM促進的分級多孔結構，可以提供擴大的吸附劑-空氣界面和快速的水蒸氣傳輸路徑。熱響應HPC允許聚合物鏈和水分子之間的可控相互作用，實現在10 min內釋放水，在15% RH下每天實現14次吸附-解吸循環，在30% RH下每天實現24次循環。此外，SHPFs中鹽顆粒的聚集得到有效抑制，保證了循環過程中穩定的吸水性能，日產水量高達5.8 L kg-1（15% RH）和13.3 L kg-1（30% RH）。基于所有這些優點，預計SHPFs將加速大氣水收集（atmospheric water harvesting, AWH）的實際實施，以可持續的方式提供安全管理的飲用水。
總之，作者開發了一種新型SHPFs吸附材料，用于從干旱氣候（RH<30%）中收集大氣中的水。SHPFs的聚合物基質由可擴展的、廉價的、無毒的生物質（KGM和HPC）組成，它們促進了分層多孔結構以增強吸附-解吸動力學。此外，KGM/HPC網絡在水合過程中抑制吸濕性鹽顆粒的聚集，從而實現顯著的吸水性和穩定的循環性能。SHPFs中捕獲的水可以通過電加熱輔助HPC鏈的親水-疏水切換快速釋放，可實現14-24次循環運行，日產水量高達13.3 L kg-1。考慮到SHPF的厚度較薄，將SHPF縮放成多層吸附劑床或垂直吸附劑陣列有望進一步增加單位面積的產水量，同時提高密實度。預計SHPFs為填補技術差距提供了可能性，以開發具有成本效益和可持續的AWH系統，許多干旱地區和水資源緊張的社區將迫切需要這些系統。
Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments.Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-30505-2.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-30505-2.
2. Angew. Chem. Int. Ed.：利用Na-K液態合金揭示固態電解質界面穩定性模型
目前，大多數研究工作致力于提高電極材料的儲能容量，通過機械和化學增強來加速傳輸和反應速度，以及消除由于化學或電化學不穩定性而導致的過度能源消耗，尤其是在界面處。然而，由于分枝晶體生長導致的枝晶鋰（Li）和劇烈的形態變化導致的死鋰等致命問題很難完全避免。基于此，德克薩斯州大學奧斯汀分校余桂華教授和David Mitlin（共同通訊作者）等人報道了一種薄聚合物涂層作為人工電荷選擇層，該涂層不僅可以有效地防止接觸化學反應，而且還可以穩定離子選擇通道（ISCs）并實現具有相當低過電位的穩定長周期循環。
作者研究了通過在合成過程中添加過量的Na物種來細化NASICON的制備方法以及K離子在晶體結構中的鈍化作用。然后，分別加入到聚氧化乙烯（PEO）中的雙（三氟甲基磺酰）酰亞胺鈉（NaTFSI）和高氯酸鈉（NaClO4）鹽，用少量碳酸鹽增塑劑涂覆在Na3Zr2Si2PO12（NASICON-typed）SSE上。這兩種涂層都可以有效防止化學反應對Na-K的滲透，而NaClO4也可以通過KClO4的溶解度平衡限制阻止K從Na-K中進一步剝離。
此外，當施加大電流密度時，動力學控制更為重要，在這種情況下穩定的ISC將允許電池在較小的過電位下進行穩定的長周期循環。界面分解產物形成的電化學過程包含一個化學域和一個動力學域，分別由電解質組分的化學不穩定性和電化學不穩定性引起。通過對化學成分分布和晶體結構演變的表征，進一步證實了該假設，這種界面模型的發現可以指導未來的設計，以獲得更好的電池性能。
總之，作者介紹了兩種電荷選擇機制和具有獨特多陽離子系統的SSEs的電池EEI/SEI形成機制的原始模型，這些模型得到了增強的電池性能和高級表征的支持以進行驗證。作者首先提出液態Na-K合金在SSE上提供共形界面接觸，而沒有Li枝晶問題，這是Li負極用于相干充電器轉移的理想替代品。此外，由于對Na-K合金在固態系統界面處的電荷選擇原理還沒有深入了解，作者分別提出了與溶解度平衡和電化學動力學相關的兩種控制機制。通過所提出的模型，我們進一步將電池中的這種界面化學擴展到更廣泛的EEI/SEI形成過程，這可能是未來研究的一個很好的參考。
Revealing the Solid-State Electrolyte Interfacial Stability Model with Na-K Liquid Alloy. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202203409.
https://doi.org/10.1002/anie.202203409.
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